Zastosowanie prawa Ohma w praktyce

Chciałbym zacząć wyjaśniać zasadę działania jednego z podstawowych praw elektrotechniki od alegorii — przedstawiającej małą karykaturę jednej z trzech osób o nazwach „Napięcie U”, „Rezystancja R” i „Prąd I”.

Pokazuje, że „Tok” próbuje przeczołgać się przez skurcz w rurze, którą „Opór” pilnie zaciska. W tym samym czasie «Napięcie» czyni maksymalny możliwy wysiłek, aby przejść, naciśnij «Prąd».

Ten rysunek jest o tym przypomnieniem Elektryczność Jest uporządkowanym ruchem naładowanych cząstek w określonym ośrodku. Ich ruch jest możliwy pod wpływem przyłożonej energii zewnętrznej, która tworzy różnicę potencjałów — napięcie. Siły wewnętrzne drutów i elementów obwodu zmniejszają wielkość prądu, przeciwstawiają się jego ruchowi.

Rozważmy prosty diagram 2, który wyjaśnia działanie prawa Ohma dla odcinka obwodu prądu stałego.

Jako źródło napięcia U używamy bateria, który łączymy z oporem R grubymi i jednocześnie krótkimi przewodami w punktach A i B.Załóżmy, że przewody nie wpływają na wartość prądu I płynącego przez rezystor R.

Wzór (1) wyraża zależność między rezystancją (omy), napięciem (wolty) i prądem (ampery). Nazywają ją Prawo Ohma dla odcinka obwodu… Okrąg formuły ułatwia zapamiętanie i użycie do wyrażenia dowolnego z parametrów składowych U, R lub I (U jest nad myślnikiem, a R i I są poniżej).

Jeśli musisz określić jeden z nich, zamknij go mentalnie i pracuj z pozostałymi dwoma, wykonując operacje arytmetyczne. Gdy wartości są w jednym wierszu, mnożymy je. A jeśli znajdują się na różnych poziomach, dokonujemy podziału górnego na dolny.

Zależności te przedstawiono we wzorach 2 i 3 na rysunku 3 poniżej.

W tym obwodzie do pomiaru prądu służy amperomierz, który jest połączony szeregowo z obciążeniem R, a napięcie to woltomierz podłączony równolegle do punktów 1 i 2 rezystora. Biorąc pod uwagę cechy konstrukcyjne urządzeń, powiedzmy, że amperomierz nie wpływa na prąd w obwodzie, a woltomierz nie wpływa na napięcie.

Wyznaczanie rezystancji z prawa Ohma

Korzystając z odczytów urządzeń (U = 12 V, I = 2,5 A), możesz użyć wzoru 1, aby określić wartość rezystancji R = 12 / 2,5 = 4,8 Ohm.

W praktyce zasada ta jest zawarta w działaniu urządzeń pomiarowych - omomierzy, które określają rezystancję czynną różnych urządzeń elektrycznych.Ponieważ można je skonfigurować do pomiaru różnych zakresów wartości, są one odpowiednio podzielone na mikroomy i miliomy, działające z niską rezystancją, oraz tera-, hygo- i megaomy- mierzące bardzo duże wartości.

Dla określonych warunków pracy są produkowane:

• przenośny;

• tarcza;

• modele laboratoryjne.

Zasada działania omomierza

Przyrządy magnetoelektryczne są powszechnie stosowane do wykonywania pomiarów, chociaż w ostatnim czasie powszechnie wprowadzono przyrządy elektroniczne (analogowe i cyfrowe).

Omomierz systemu magnetoelektrycznego wykorzystuje ogranicznik prądu R, który przepuszcza tylko miliampery, oraz czułą głowicę pomiarową (miliamperomierz). Reaguje na przepływ małych prądów przez urządzenie w wyniku oddziaływania dwóch pól elektromagnetycznych z magnesu stałego N-S i pola utworzonego przez prąd przepływający przez uzwojenie cewki 1 ze sprężyną przewodzącą 2.

W wyniku oddziaływania sił pól magnetycznych strzałka urządzenia odchyla się od określonego kąta. Skala na głowicy jest natychmiast wyskalowana w omach dla łatwiejszej obsługi. W tym przypadku stosuje się wyrażenie rezystancji prądu zgodnie ze wzorem 3.

Aby zapewnić dokładne pomiary, omomierz musi utrzymywać stabilne napięcie zasilania z akumulatora. W tym celu stosuje się kalibrację za pomocą dodatkowego rezystora regulacyjnego R rej. Z jego pomocą, przed rozpoczęciem pomiaru, zasilanie nadmiaru napięcia ze źródła jest ograniczone do obwodu, ustawiana jest ściśle stabilna, znormalizowana wartość.

Wyznaczanie napięcia z prawa Ohma

Podczas pracy z obwodami elektrycznymi zdarzają się sytuacje, w których konieczne jest określenie spadku napięcia na elemencie, na przykład rezystorze, ale znana jest jego rezystancja, która jest zwykle zaznaczona na pudełku, oraz przepływający przez nią prąd. Aby to zrobić, nie trzeba podłączać woltomierza, ale wystarczy skorzystać z obliczeń według wzoru 2.

W naszym przypadku dla rysunku 3 wykonujemy obliczenia: U = 2,5 4,8 = 12 V.

Wyznaczanie prądu zgodnie z prawem Ohma

Przypadek ten opisuje wzór 3. Służy on do obliczania obciążeń w obwodach elektrycznych, doboru przekrojów przewodów, kabli, bezpieczników czy wyłączników.

W naszym przykładzie obliczenie wygląda następująco: I = 12 / 4,8 = 2,5 A.

Operacja pomostowania : operacja założenia pomostów naczyniowych

Ta metoda w elektrotechnice służy do wyłączania działania niektórych elementów obwodu bez ich demontażu. W tym celu należy zewrzeć zaciski wejściowe i wyjściowe (na rysunku 1 i 2) przewodem do niepotrzebnego rezystora - usunąć je.

W rezultacie prąd w obwodzie wybiera ścieżkę o mniejszej rezystancji przez bocznik i gwałtownie wzrasta, a napięcie elementu bocznikowego spada do zera.

Zwarcie

Ten tryb jest szczególnym przypadkiem obejścia i jest zwykle pokazany na powyższym rysunku, gdy zwarcie jest zainstalowane na zaciskach wyjściowych źródła. W takim przypadku powstają bardzo niebezpieczne wysokie prądy, które mogą porażać ludzi i spalić niezabezpieczony sprzęt elektryczny.

Ochrona służy do zwalczania przypadkowych usterek w sieci elektrycznej. Są ustawione na takie ustawienia, które nie zakłócają działania obwodu w trybie normalnym.Odcinają prąd tylko w nagłych przypadkach.

Jeśli np. dziecko przypadkowo podłączy przewód do domowego gniazdka, to odpowiednio skonfigurowany automatyczny wyłącznik na tablicy wejściowej do mieszkania niemal natychmiast wyłączy prąd.

Wszystko opisane powyżej odnosi się do prawa Ohma dla części obwodu prądu stałego, a nie całego obwodu, w którym może występować znacznie więcej procesów. Musimy sobie wyobrazić, że to tylko niewielka część jego zastosowania w elektrotechnice.

Wzorce zidentyfikowane przez słynnego naukowca Georga Simona Ohma między prądem, napięciem i rezystancją są opisywane na różne sposoby w różnych środowiskach prądu przemiennego i obwodach: jednofazowym i trójfazowym.

Oto podstawowe wzory wyrażające stosunek parametrów elektrycznych w przewodnikach metalowych.

Bardziej złożone formuły do ​​wykonywania specjalnych obliczeń z prawa Ohma w praktyce.

Jak widać, badania prowadzone przez genialnego naukowca Georga Simona Ohma mają ogromne znaczenie nawet w naszych czasach szybkiego rozwoju elektrotechniki i automatyki.